西湖大学和浙江大学研究团队在超导界面发现电子向列性新现象
时间：2025-06-12 01:40
小编：小世评选
近日，西湖大学理学院的吴颉教授团队与浙江大学谢燕武教授团队联合开展的研究，取得了重要的科学突破。他们利用自主开发的高精度角分辨电阻（ARR）测量技术，在LaAlO₃/KTaO₃(111)（简称LAO/KTO）超导界面中，发现了一个前所未见的电子向列性现象。该成果已发表在国际著名物理学期刊《Physical Review X》上，标志着超导界面研究领域的新进展。
超导材料的特殊性质，使其在物理学和材料科学领域引起了广泛关注。这项研究集中于氧化物异质结界面超导系统，通过将两种不同绝缘体（如LaAlO₃和KTaO₃）叠加，形成一个能够导电甚至超导的交界区域。在这个区域，当材料接近超导状态时，上万亿电子会以配对的方式自由流动，相互之间形成复杂的相互作用。
研究团队观察到，随着温度逐渐降低至超导临界温度（Tc），LAO/KTO界面的电阻并非均匀下降，而是沿某一特定方向显著减小。这一现象表明，超导状态的建立并不是在各个方向上同时发生，而是具有先后顺序的特征，说明电流的流动方向发生了显著变化。这一现象被科学家们称之为电子向列性（Electronic Nematicity），即电子在临界温度附近自发选择了某个方向，形成了有序的流动状态，从而打破了原本的对称性。
该研究成果不仅揭示了超导界面中的电子向列性现象，同时还深入探讨了这一现象在量子金属态中的表现。吴颉团队在研究中发现，当在LAO/KTO界面施加垂直于界面的磁场时，超导态的存在会受到抑制，但令科学家感到惊讶的是，界面电阻却随着温度下降而逐步趋向于一个非零的有限值。这种状态被称为量子金属态，目前学界对其形成机制尚无共识。
更为引人关注的是，研究结果显示，量子金属态中依然保留着电子向列性的特征，似乎超导态的“印记”尚未完全消散。这一发现开启了对量子金属态更深入理解的新视角，让科学家们对超导和量子现象之间的关系和相互作用有了新的认识。
研究团队的这一发现不仅具有重要的基础科学意义，还有潜在的应用前景。随着量子技术的发展，超导材料在量子计算、量子通信以及精密测量等领域的应用正在受到越来越多的关注。特别是在量子计算中，超导量子比特（qubit）是实现高效量子计算的一种主要候选技术。了解超导界面的电子行为，有助于推动更高性能的量子设备的发展。
该研究是西湖大学和浙江大学在超导研究领域的又一重要成果，标志着两校科研团队在物理学前沿问题上的紧密合作。相信未来在超导材料和量子研究领域，这些发现将激发更多的创新研究和应用开发。
西湖大学与浙江大学的这项研究揭示了超导界面中电子向列性的新现象，丰富了我们对超导材料和量子现象相互关系的理解。随着这一研究的深入，未来可能会在超导技术和量子应用领域带来更多的突破和进展，为科学技术的发展贡献新的力量。有关研究的详细信息，感兴趣的读者可以查阅论文链接：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.15.021018。
